青銅峽灌區水循環主要因子及演變規律研究

蘇欣++常布輝++黃福貴++喬振芳

摘要 當前灌區水循環演變規律研究已經成為研究區域水循環過程的熱點。選取蒸散量、降水量、引水量和排水量等對地下水系統有直接影響的因子，分析其變化趨勢，對于查明青銅峽灌區水循環因子的演變規律，緩解各種水問題至關重要。結果表明：從2000年以后，青銅峽灌區蒸散量、引水量、排水量明顯減少。原因是從2000年開始，青銅峽灌區開展了續建配套與節水改造工程，提高了水資源的利用率。

關鍵詞 青銅峽灌區；水循環；因子；演變

中圖分類號 P343.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0143-03

Study on Main Factors and Evolution Law of Water Cycle in Qingtongxia Irrigation District

SU Xin 1 CHANG Bu-hui 1 HUANG Fu-gui 1 QIAO Zhen-fang 2

（1 Yellow River Institute of Hydraulic Research，Zhengzhou Henan 450000； 2 Yijinhuoluo Banner Water Conservancy Burea）

Abstract At present，the study on the trait and simulation model of water cycle model has become a hotspot in regional water cycle process.The evapotranspiration，precipitation，water diversion and displacement were selected，which had direct impact on the groundwater system.Its important to identify the evolution of irrigation district hydrological cycle，relieve a variety of water issue based on analyzing their trends.The results showed that the evapotranspiration，water diversion，displacement decreased significantly since 2000.The reason was that irrigation rehabilitation and water saving renovation project were carried out in Qingtongxia irrigation district since 2000，which improved the utilization rate of water resources.

Key words Qingtongxia irrigation district；water cycle；factor；evolution

青銅峽灌區屬干旱半干旱地區，降水少、蒸發大，蒸發量是降雨量的6倍左右[1]。該區域引水條件便利，引黃灌溉渠系發達，是氣候變化的敏感區和人類活動的密集區。灌區水循環要素與降水、蒸發等氣候因子和人類活動因子（人工開采及灌排活動）息息相關。通過對灌區水循環主要因子的科學認知，分析“自然—人工”雙重驅動力作用下的灌區水循環特點，可以揭示人類活動對灌區水資源演化影響的內在機理[2]，而水又是灌區土壤侵蝕、泥沙運移以及污染物遷移的載體。因此，加強灌區水循環的研究就成了解決目前水資源和水管理問題的基礎[3]。

灌區地下水是水資源循環系統的一個主要組成部分。已有研究文獻表明[4]，地下水位動態的影響因素由大到小的排序為蒸發、降水、渠首引水量、地下水開采。因此，選取蒸發量、降水量、引水量和排水量等對地下水系統有直接影響的因子，分析其變化趨勢，對于查明青銅峽灌區水循環特征及演變規律，緩解各種水問題，提出灌區水資源管理方案至關重要。

1 灌區概況

寧夏青銅峽灌區是我國古老的特大型灌區之一，位于寧夏北部，黃河上游下段，屬于黃河河套平原（前套）的重要組成部分。灌區地處銀川平原，南起青銅峽水利樞紐，北至石嘴山，西抵賀蘭山，東至鄂爾多斯臺地西緣，位于北緯37°74′～39°25′，東經105°85′～106°90′，為寧夏平原地勢的最低之處。

青銅峽灌區多年平均降水量為180～220 mm，年均蒸發量為1 000～1 550 mm。灌區多年平均氣溫8.5 ℃，年>10 ℃平均積溫為3 630～3 830 ℃，日照時數為2 870～3 080 h，無霜期164 d。灌區總土地面積70萬hm2，現灌溉面積33萬hm2，其中自流30萬hm2，揚水3萬hm2。

2 氣候因子及演變規律

通過中國氣象科學數據共享中心收集了灌區氣象資料，包括最高/最低氣溫、相對濕度、平均風速、日照時數、降雨量、蒸發量等。分析了氣象因子的影響。灌區的主要站點資料如表1所示。

2.1 蒸散量演變規律

根據3個氣象站的海拔高度、經緯度、風高以及近26年的最高/最低氣溫、相對濕度、平均風速、日照時數和降雨量等氣象資料，采用FAO推薦的1998年修正Penman-Monteith公式來計算3個氣象站的逐月ET0，其結果具體如圖1、2所示。

從ET0值的年際變化來看，青銅峽灌區多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠農站最高，而且ET0值呈現逐年減小的趨勢。2000年參考作物蒸發蒸騰量急劇減小，達到一個谷值，2000年之后到2012年比較平穩?？赡苁?000年灌區實施續建配套與節水改造工程后，提高了灌溉水利用系數，改變了以往大引大排的模式，灌區引黃水量減少，耗水量隨之減少。

從ET0值的年內變化來考察，發現各站參考作物蒸發蒸騰量的年內變化規律基本上是一致的，具體如圖3所示。1—5月ET0呈遞增狀態，峰均出現在6月或7月，7—12月ET0逐漸減少。

2.2 降水量演變規律

銀川站、惠農站、陶樂站1987—2012年降水基本在均值線上下波動?；旧鲜敲?0年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之間波動比較大，如圖3所示。

對各站多年降水量的統計結果如表2所示。

3 人類活動因子及演變規律

3.1 引水量演變規律

青銅峽灌區由河西灌區和河東灌區兩部分組成。自流灌溉系統采用干、支、斗、農4級或干、支、農3級組成渠系灌溉網，干渠總長度1 026 km，引水能力685 m3/s。揚水灌溉分布在自流灌區周邊；此外灌區西部及渠道末梢灌水困難地區還有機井灌溉面積約0.7萬hm2。各分區引水量均由各渠口設站進行水文觀測，控制引水量95%以上。

1980年以來，青銅峽灌區的引水量呈逐步遞增趨勢，到1999年達到68.7億m3，1999年以后引水量呈明顯下降趨勢，并在2003年降至近年來的最小值40.6億m3，如圖4所示。從年代平均引水量來看，20世紀80—90年代，平均引水量逐步增加，分別為56.0億、63.9億m3，21世紀后平均引水量大幅度回落至50.3億m3。

從年內各月引水量來看，青銅峽灌區引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。從20世紀80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趨勢；21世紀以來，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所減少如，如圖5所示。

3.2 排水量演變規律

青銅峽灌區排水主要以明溝排水為主，灌區直接排入黃河大小排水溝103條（不包括陶樂7條）。水文站控制20條，控制排水面積4 034.2 km2，占總排水面積的80.7%。

1980年以來，青銅峽灌區總排水量呈現3個階段：緩慢增長期（1980—1998年）、快速減小期（1998—2003年）、緩慢減小期（2003—2012年）。在1998年達到歷史最大值34.8億m3，之后在2003年急劇下降到近40年的最小值15.9億m3，如圖6所示。

從年代變化情況來看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈緩慢增加趨勢，灌溉期各月排水量受引水量減少的影響，具體如圖7所示，1990—1999年達到高峰后，2000—2012年排水量明顯減少，其中5—9月排水量下降都在40%以上。主要是從 2000年開始，青銅峽灌區開展了續建配套與節水改造工程，在灌溉面積逐年增加的情況下減少了引黃水量，既保證了農業灌溉，也保證了寧夏一些重大建設項目的用水需求[9]。

4 結論

4.1 蒸散量演變規律

青銅峽灌區多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠農站最高。從年際變化來看，ET0值呈現逐年減小的趨勢。2000年參考作物蒸發蒸騰量急劇減小，達到一個谷值，2000年之后到2012年比較平穩。

各站參考作物蒸發蒸騰量的年內變化規律基本上是一致的。1—5月ET0呈遞增狀態，峰均出現在6月或7月，7—12月ET0逐漸減少。

4.2 降水量演變規律

3站1987—2012年降水基本在均值線上下波動?；旧鲜敲?0年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之間波動比較大。

4.3 引水量演變規律

1980年以來，青銅峽灌區的引水量呈逐步遞增趨勢，到1999年達到68.7億m3，1999年以后引水量呈明顯下降趨勢，并在2003年降至近年來的最小值40.6億m3。從年代平均引水量來看，20世紀80—90年代，平均引水量逐步增加，分別為56.0億、63.9億m3，21世紀后平均引水量大幅度回落至50.3億m3。

從年內各月引水量來看，青銅峽灌區引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。從20世紀80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趨勢；21世紀以來，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所減少。

4.4 排水量演變規律

1980年以來，青銅峽灌區總排水量呈現3個階段：緩慢增長期（1980—1998年）、快速減小期（1998—2003年）、緩慢減小期（2003—2012年）。在1998年達到歷史最大值34.8 億m3，之后在2003年急劇下降到近40年的最小值15.9億m3。

從年代變化來看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈緩慢增加趨勢，灌溉期各月排水量受引水量減少影響，1990—1999年達到高峰后，2000—2012年排水量明顯減少，其中 5—9月排水量下降都在40%以上。

5 參考文獻

[1] 姜秀芳，張霞，張欽武，等.青銅峽灌區引黃用水與地下水位響應關系分析[J].水資源與水工程學報，2012，23（4）：148-150.

[2] 王浩，秦大庸，陳曉軍.水資源評價準則及其計算口徑[J].水利水電技術，2004（2）：1-4.

[3] 張濟世，陳仁升，呂世華，等.物理水文學—水循環物理過程[M].鄭州：黃河水利出版社，2007.

[4] 韓葉珍.基于變化環境的灌區地下水動態時空變異規律研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2010.

[5] 楊志勇，胡勇，袁喆，等.井灌區水循環研究進展[J].灌溉排水學報，2015（3）：56-60.

[6] 王彩鴿.涇惠渠灌區水循環特征及其主要驅動因素研究[J].水利與建筑工程學報，2015（4）：173-177.

[7] 黃曉榮.灌區水循環模擬研究進展[J].水資源與水工程學報，2010（2）：53-55.

[8] 岳勇，郝芳華，李鵬，等.河套灌區陸面水循環模式研究[J].灌溉排水學報，2008（3）：69-71.

[9] 郝芳華，歐陽威，岳勇，等.內蒙古農業灌水區水循環特征及對土壤水運移影響的分析[J].環境科學學報，2008（5）：825-831.